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二代身份证RFID技术扩充完稿
文件排版存档编号:
[UYTR-OUPT28-KBNTL98-UYNN208]
二代身份证RFID技术扩充完稿
关于二代身份证RFID技术扩充
韩伟华,李宁滨,孙鑫伟
(中国人民公安大学信息安全工程系,北京102623)
摘要:
随着经济的不断发展,社会上人、财、物的流动性不断加大,犯罪分子流窜在逃几率增大,给以地域划分的公安机关部门带来了前所为由的挑战,各地公安机关急需一套新的技术战法以应对,但是,由于公安系统任务划分是区域性的,情报信息难以及时交换,使犯罪分子追逃面临很大的瓶颈,未能有很好的解决办法。
随着社会信息科技不断发展,为打击犯罪铺设了一条高科技的道路。
笔者从二代身份证RFID技术中无接触式获信息得到灵感,对此提出了技术扩充建议。
为了进一步加强抓捕在逃犯罪分子力度,本论文对远距离高频身份证读卡器预警在逃犯罪分子进行了深入的探究。
提出了创新的观点,同时还对系统的可靠性、可行性、可运行性做出了评估。
最后,提出了目前仍需要解决的问题以及对未来发展方向的建议。
关键词:
二代身份证;追逃;预警;防控
近年来,随着社会经济不断发展和社会制度的变革,公安事业的发展也面临着新挑战。
从全国的情况来看,由于交通的便利和人口流动增加,产生了许多犯罪分子逃窜的事例。
由于公安系统是区域性的,使得公安追逃事业面临抓逃困难,复杂的局面。
为了进一步加强抓捕在逃犯罪分子力度就要求公安人员除了要掌握传统意义上的侦查,办案等手段外,还要努力提高公安机关装备的科技水平和公安民警运用科技的能力。
二代身份证的应用和普及对预警追逃罪犯带来了新希望,二代身份证采用内置RFID技术,RFID芯片被普遍用于安全领域,如在机场系到行李和物品上,以减少行李丢失,在发生任何技术故障时简化对行李的跟踪。
在客户的飞行计划发生变化时,RFID芯片还可帮助工作人员修改行李的运输行程。
以其拥有的无接触式读取信息能力而闻名,如果在人流度密集地方(如地铁站,火车站,飞机场,码头等)的出入口处架设远距离高频RFID读卡器,就可将犯罪分子身上身份证即使不拿出,就可以识别出其个人信息(是否是逃犯),从而达到预警抓获的目的。
一、二代身份证技术简介
与中华人民共和国第二代居民身份证是由多层聚酯材料复合而成的单页卡式证件,采用非接触式IC卡技术制作。
中华人民共和国第二代居民身份证有六大特点:
融入IC卡技术、防伪性能提高、办证时间缩短、存储信息增多、有效期重新确定、发放范围扩大。
第二代身份证为由多层聚酯材料复合而成的单页卡式证件,长度,宽度54mm,厚度。
证件正面印有国徽、证件名称、长城图案、证件的签发机关和有效期限及彩色花纹。
在居民身份证中加入了指纹信息,国家机关以及金融、电信、交通、教育、医疗等单位可以通过机读快速、准确地进行人证同一性认定,有助于维护国家安全和社会稳定,有利于提高工作效率,有效防范冒用他人居民身份证以及伪造、变更居民身份证等违法犯罪行为的发生,并在金融机构清理问题账户、落实存款实名制等方面发挥重要作用。
技术特点:
使用非接触式IC卡芯片作为“机读”存储器。
二代证芯片采用智能卡技术,内含有RFID芯片,此芯片无法复制,高度防伪。
优点是芯片存储容量大,写入的信息可划分安全等级,分区存储,包括姓名,地址,照片等信息。
按照管理需要授权读写,也可以将变动信息(如住址变动)追加写入;芯片使用特定的逻辑加密算法,有利于证件制发、使用中的安全管理,增强防伪功能;芯片和电路线圈在证卡内封装,能够保证证件在各种环境下正常使用,寿命在十年以上;并且具有读写速度快,使用方便,易于保管,以及便于各用证部门使用计算机网络核查等优点。
制作流程:
有“芯”二代身份证制作工艺流程大致包括七个部分,分别是打印、预定位、平压冲切、电写入、质检、分发入库、各地分发。
据了解,目前深圳有“芯”二代身份制作流程,是在深圳特区暂住证流程工艺基础上,经过工作人员悉心研发历时1年的成果。
在研发该设备的初级阶段,工作人员曾经从美国进口一套设备,但最后因没有通过质检而无法利用。
跟据了解,这台价值180多万元的制证设备,制证能力达到每小时1000张。
以目前该所每天最多能制作暂住证5万张的能力计算(一般为每天2万~3万张),预计制作智能身份证的日均能力也将达到或接近该水平。
三、RFID技术
RFID(RadioFrequencyIdentification)是一种无线射频识别技术,它是自动识别技术的一种。
RFID标签实际上就是微芯片。
RFID芯片实际上是一种转发器。
它总是准备好接收收发信机或RFID阅读器发射的无线信号。
RFID芯片接收到特定的无线信号后会作出应答,即将自己的独特ID代码发回给收发信机。
RFID芯片有一种读写保护功能,RFID标签中保存的数据只能由授权的用户读取或修改。
RFID芯片可用于大多数物品,甚至可用于地球上的生物。
从概念上来讲,RFID类似于条码扫描,对于条码技术而言,它是将已编码的条形码附着于目标物并使用专用的扫描读写器利用光信号将信息由条形磁传送到扫描读写器;而RFID则使用专用的RFID读写器及专门的可附着于目标物的RFID标签,利用频率信号将信息由RFID标签传送至RFID读写器。
标签进入磁场后,接收解读器发出的射频信号,凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息(PassiveTag,无源标签或被动标签),或者主动发送某一频率的信号(ActiveTag,有源标签或主动标签);解读器读取信息并解码后,送至中央信息系统进行有关数据处理。
[1]最初在技术领域,应答器是指能够传输信息回复信息的电子模块,近些年,由于射频技术发展迅猛,应答器有了新的说法和含义,又被叫做智能标签或标签。
RFID电子电梯合格证的阅读器(读写器)通过天线与RFID电子标签进行无线通信,可以实现对标签识别码和内存数据的读出或写入操作。
典型的阅读器包含有高频模块(发送器和接收器)、控制单元以及阅读器天线。
RFID射频识别是一种非接触式的自动识别技术,它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据,识别工作无需人工干预,可工作于各种恶劣环境。
RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签,操作快捷方便。
RFID是一种简单的无线系统,只有两个基本器件,该系统用于控制、检测和跟踪物体。
系统由一个询问器(或阅读器)和很多应答器(或标签)组成。
的基本组成部分
标签(Tag):
由耦合元件及芯片组成,每个标签具有唯一的电子编码,附着在物体上标识目标对象。
手持式rfid读写器
阅读器(Reader):
读取(有时还可以写入)标签信息的设备,可设计为手持式rfid读写器(如:
C5000W)或固定式读写器;
天线(Antenna):
在标签和读取器间传递射频信号。
的特点
射频识别系统最重要的优点是非接触识别,它能穿透雪、雾、冰、涂料、尘垢和条形码无法使用的恶劣环境阅读标签,并且阅读速度极快,大多数情况下不到100毫秒。
有源式射频识别系统的速写能力也是重要的优点。
可用于流程跟踪和维修跟踪等交互式业务。
目前,制约射频识别系统发展的主要问题是不兼容的标准。
射频识别系统的主要厂商提供的都是专用系统,导致不同的应用和不同的行业采用不同厂商的频率和协议标准,这种混乱和割据的状况已经制约了整个射频识别行业的增长。
许多欧美组织正在着手解决这个问题,并已经取得了一些成绩。
标准化必将刺激射频识别技术的大幅度发展和广泛应用。
技术的工作原理
RFID技术的基本工作原理并不复杂:
标签进入磁场后,接收解读器发出的射频信号,凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息(PassiveTag,无源标签或被动标签),或者由标签主动发送某一频率的信号(ActiveTag,有源标签或主动标签),解读器读取信息并解码后,送至中央信息系统进行有关数据处理。
一套完整的RFID系统,是由阅读器(Reader)与电子标签(TAG)也就是所谓的应答器(Transponder)及应用软件系统三个部份所组成,其工作原理是Reader发射一特定频率的无线电波能量给Transponder,用以驱动Transponder电路将内部的数据送出,此时Reader便依序接收解读数据,送给应用程序做相应的处理。
以RFID卡片阅读器及电子标签之间的通讯及能量感应方式来看大致上可以分成:
感应耦合(InductiveCoupling)及后向散射耦合
一般低频的RFID大都采用第一种式,而较高频大多采用第二种方式。
阅读器根据使用的结构和技术不同可以是读或读/写装置,是RFID系统信息控制和处理中心。
阅读器通常由耦合模块、收发模块、控制模块和接口单元组成。
阅读器和应答器之间一般采用半双工通信方式进行信息交换,同时阅读器通过耦合给无源应答器提供能量和时序。
在实际应用中,可进一步通过Ethernet或WLAN等实现对物体识别信息的采集、处理及远程传送等管理功能。
应答器是RFID系统的信息载体,目前应答器大多是由耦合原件(线圈、微带天线等)和微芯片组成无源单元。
技术的典型应用
物流和供应管理
生产制造和装配
航空行李处理
邮件/快运包裹处理
文档追踪/图书馆管理
动物身份标识
运动计时
门禁控制/电子门票
道路自动收费
城市一卡通的应用
高校手机一卡通的应用。
仓储中塑料托盘、周转筐中的应用
读写设备
只有当有读写设备时,RFID才能发挥其作用。
RFID读写设备有RFID读卡器,RFID读写模块等。
这些设备可以将RFID的数据读取或写入,读卡器连接的识别系统有密钥芯片,能做到很好的加密。
射频识别技术(RadioFrequencyIdentification,缩写RFID),是20世纪80年代发展起来的一种新兴自动识别技术,射频识别技术是一项利用射频信号通过空间耦合(交变磁场或电磁场)实现无接触信息传递并通过所射频识别技术(2张)传递的信息达到识别目的的技术。
从信息传递的原理来说射频识别技术在低频段基于变压器耦合模型(初级与次级之间的能量传递及信号传递),在高频段基于雷达探测目标的空间耦合模型(雷达发射电磁波信号碰到目标后携带目标信息返回雷达接收机)。
标签的类别
RFID标签分为被动,半被动(也称作半主动),主动三类。
(1)被动式
被动式标签没有内部供电电源。
其内部集成电路通过接收到的电磁波进行驱动,这些电磁波是由RFID读取器发出的。
当标签接收到足够强度的讯号时,可以向读取器发出数据。
这些数据不仅包括ID号(全球唯一标示ID),还可以包括预先存在于标签内EEPROM中的数据。
由于被动式标签具有价格低廉,体积小巧,无需电源的优点。
目前市场的RFID标签主要是被动式的。
(2)半主动式
一般而言,被动式标签的天线有两个任务,第一:
接收读取器所发出的电磁波,藉以驱动标签IC;第二:
标签回传信号时,需要靠天线的阻抗作切换,才能产生0与1的变化。
问题是,想要有最好的回传效率的话,天线阻抗必须设计在“开路与短路”,这样又会使信号完全反射,无法被标签IC接收,半主动式标签就是为了解决这样的问题。
半主动式类似于被动式,不过它多了一个小型电池,电力恰好可以驱动标签IC,使得IC处于工作的状态。
这样的好处在于,天线可以不用管接收电磁波的任务,充分作为回传信号之用。
比起被动式,半主动式有更快的反应速度,更好的效率。
(3)主动式
与被动式和半被动式不同的是,主动式标签本身具有内部电源供应器,用以供应内部IC所需电源以产生对外的讯号。
一般来说,主动式标签拥有较长的读取距离和较大的记忆体容量可以用来储存读取器所传送来的一些附加讯息。
7.射频识别技术包括了一整套信息技术基础设施,包括:
射频识别标签,又称射频标签、电子标签,主要由存有识别代码的大规模集成线路芯片和收发天线构成,目前主要为无源式,使用时的电能取自天线接收到的无线电波能量;射频识别读写设备以及与相应的信息服务系统,如进存销系统的联网等。
将射频识别技术与条码(Barcode)技术相互比较,射频类别拥有许多优点,如:
(1)可容纳较多容量。
通讯距离长。
难以复制。
对环境变化有较高的忍受能力。
可同时读取多个标签。
(2)相对地有缺点,就是建置成本较高。
不过目前透过该技术的大量使用,生产成本就可大幅降低。
8.现在的射频识别技术
射频识别技术的理论得到丰富和完善。
单芯片电子标签、多电子标签识读、无线可读可写、无源电子标签的远距离识别、适应高速移动物体的射频识别技术与产品正在成为现实并走向应用。
9.工作频率指南和应用
不同频段的RFID产品会有不同的特性,下面详细介绍无源的感应器在不同工作频率产品的特性以及主要的应用。
目前定义RFID产品的工作频率有低频、高频和超高频的频率范围内的符合不同标准的不同的产品,而且不同频段的RFID产品会有不同的特性。
其中感应器有无源和有源两种方式,下面详细介绍无源的感应器在不同工作频率产品的特性以及主要的应用。
(1)低频(从125KHz到135KHz)
其实RFID技术首先在低频得到广泛的应用和推广。
该频率主要是通过电感耦合的方式进行工作,也就是在读写器线圈和感应器线圈间存在着变压器耦合作用。
通过读写器交变场的作用在感应器天线中感应的电压被整流,可作供电电压使用.磁场区域能够很好的被定义,但是场强下降的太快。
特性:
1.工作在低频的感应器的一般工作频率从120KHz到134KHz,TI的工作频率为。
该频段的波长大约为2500m.
2.除了金属材料影响外,一般低频能够穿过任意材料的物品而不降低它的读取距离。
3.工作在低频的读写器在全球没有任何特殊的许可限制。
4.低频产品有不同的封装形式。
好的封装形式就是价格太贵,但是有10年以上的使用寿命。
5.虽然该频率的磁场区域下降很快,但是能够产生相对均匀的读写区域。
6.相对于其他频段的RFID产品,该频段数据传输速率比较慢。
7.感应器的价格相对与其他频段来说要贵。
主要应用:
1.畜牧业的管理系统。
2.汽车防盗和无钥匙开门系统的应用。
3.马拉松赛跑系统的应用。
4.自动停车场收费和车辆管理系统。
5.自动加油系统的应用。
6.酒店门锁系统的应用。
7.门禁和安全管理系统。
符合国际标准的:
a)ISO11784RFID畜牧业的应用-编码结构。
b)ISO11785RFID畜牧业的应用-技术理论。
c)ISO14223-1RFID畜牧业的应用-空气接口。
d)ISO14223-2RFID畜牧业的应用-协议定义。
e)ISO18000-2定义低频的物理层、防冲撞和通讯协议。
f)DIN30745主要是欧洲对垃圾管理应用定义的标准。
(2)高频(工作频率为
(3)
在该频率的感应器不再需要线圈进行绕制,可以通过腐蚀或者印刷的方式制作天线。
感应器一般通过负载调制的方式进行工作。
也就是通过感应器上的负载电阻的接通和断开促使读写器天线上的电压发生变化,实现用远距离感应器对天线电压进行振幅调制。
如果人们通过数据控制负载电压的接通和断开,那么这些数据就能够从感应器传输到读写器。
值得关注的是,在频段中主要有ISO14443和ISO15693两个标准来组成,ISO14443俗称现在的Mifare1系列产品,识别距离近但价格低保密性好,常作为公交卡、门禁卡来使用。
ISO15693的最大优点在于他的识别效率,通过较大功率的阅读器可将识别距离扩展至米以上,由于波长的穿透性好在处理密集标签时有优于超高频的读取效果。
特性:
1.工作频率为,该频率的波长大概为22m。
2.除了金属材料外,该频率的波长可以穿过大多数的材料,但是往往会降低读取距离。
标签需要离开金属4mm以上距离,其抗金属效果在几个频段中较为优良。
3.该频段在全球都得到认可并没有特殊的限制。
4.感应器一般以电子标签的形式。
5.虽然该频率的磁场区域下降很快,但是能够产生相对均匀的读写区域。
6.该系统具有防冲撞特性,可以同时读取多个电子标签。
7.可以把某些数据信息写入标签中。
8.数据传输速率比低频要快,价格不是很贵。
主要应用:
1.图书管理系统的应用
2.瓦斯钢瓶的管理应用
3.服装生产线和物流系统的管理和应用
4.三表预收费系统
5.酒店门锁的管理和应用
6.大型会议人员通道系统
7.固定资产的管理系统
8.医药物流系统的管理和应用
9.智能货架的管理
10.珠宝盘点管理。
符合的国际标准:
a)ISO/IEC14443近耦合IC卡,最大的读取距离为10cm.
b)ISO/IEC15693疏耦合IC卡,最大的读取距离为1m.
c)ISO/IEC18000-3该标准定义了系统的物理层,防冲撞算法和通讯协议。
d)ISMBandClass1定义符合EPC的接口定义。
(3)超高频(工作频率为860MHz到960MHz之间)
超高频系统通过电场来传输能量。
电场的能量下降的不是很快,但是读取的区域不是很好进行定义。
该频段读取距离比较远,无源可达10m左右。
主要是通过电容耦合的方式进行实现。
特性:
1.在该频段,全球的定义不是很相同-欧洲和部分亚洲定义的频率为868MHz,北美定义的频段为902到905MHz之间,在日本建议的频段为950到956之间。
该频段的波长大概为30cm左右。
2.目前,该频段功率输出目前没有统一的定义(美国定义为4W,欧洲定义为500mW,可能欧洲限制会上升到2WEIRP。
3.超高频频段的电波不能通过许多材料,特别是金属,液体,灰尘,雾等悬浮颗粒物质,可以说环境对超高频段的影响是很大的。
4.电子标签的天线一般是长条和标签状。
天线有线性和圆极化两种设计,满足不同应用的需求。
5.该频段有好的读取距离,但是对读取区域很难进行定义。
6.有很高的数据传输速率,在很短的时间可以读取大量的电子标签。
主要应用:
1.供应链上的管理和应用
2.生产线自动化的管理和应用
3.航空包裹的管理和应用
4.集装箱的管理和应用
5.铁路包裹的管理和应用
6.后勤管理系统的应用。
符合的国际标准:
a)ISO/IEC18000-6定义了超高频的物理层和通讯协议;空气接口定义了TypeA和TypeB两部分;支持可读和可写操作。
b)EPCglobal定义了电子物品编码的结构和甚高频的空气接口以及通讯的协议。
例如:
Class0,Class1,UHFGen2。
c)UbiquitousID日本的组织,定义了UID编码结构和通信管理协议。
在将来,超高频的产品会得到大量的应用。
例如WalMart,Tesco,美国国防部和麦德龙超市都会在它们的供应链上应用RFID技术。
4.有源RFID技术(、)
有源RFID具备低发射功率、通信距离长、传输数据量大,可靠性高和兼容性好等特点,与无源RFID相比,在技术上的优势非常明显。
被广泛地应用到公路收费、港口货运管理等应用中。
射频识别作为一种新兴的自动识别技术,与本论文研究内容无关,暂略。
5.与管理软件结合使用
MES精益制造管理系统又称APS+MES系统(高级排产计划系统+制造执行系统),是根据不同行业的制造流程,可选择性地集合系统管理软件和人机界面设备(PLC触摸屏)、LED生产看板、LCD看板、PDA智能手持终端、工业平板电脑、条码采集器、传感器、I/O、DCS、RFID、工业AP、WIFI等多类硬件的综合智能一体化系统。
它由一组共享数据的程序,通过布置在生产现场的专用设备,并通过嵌入式软件对原材料上线到成品入库的整个生产过程实时采集数据、监控、控制和智能分析处理。
它能控制物料、仓库、设备、人员、品质、工艺、异常、流程指令和其他设施等工厂资源以提高生产效率。
应用范围:
制造型企业。
使用RFID技术后指标可达:
生产周期缩短35%;数据输入时间缩短36%;在制品减少32%;文书工作减少90%;交货期缩短22%;不合格产品降低22%;文书丢失减少95%;信息的反馈效率提升3860倍。
身份证追逃一体化技术
由以上内容可知,在如今技术水平已经成熟的RFID技术,可以给身份证追逃带来可能性。
身份证内芯改进
以上第三章内容中提到的,国内身份证是采用RFID14443B协议,这种协议特点是保密性高,但缺点是可读距离近,只有10cm。
完全不可以满足远距离识别追踪的可能性,如今我提出改进设想,在二代身份证中加入一个15693协议芯片,简称B芯(以此来区别原有芯片),由此二代身份证将变成“双核”。
B芯作用
加入B芯后,由于其是15693
由此可以给持证人制定一特定序列号输入,起名为“犯罪情况序列号”。
(三)犯罪情况序列号
该序列号的主要目的是,在识别器远距离读取身份证时(即读取B芯时),即可读取每个人特有的犯罪情况序列号,读卡器在读卡后,可迅速联网查找本人是否有犯罪情况,以此来达到预警报警目的。
之所以不在B芯中储存本人身份证信息,是出于保护本人隐私的目的。
犯罪情况序列号编排则采用25位字母密码编写,保密性高。
(四)天线
身份证所采用B芯是15693协议芯片,适用其波长为10~100M的短波,可设计适应的天线,架设于车站,地铁站,飞机场,安检通道处。
要求隐蔽性好,识别效率高,牢固耐用,安全可靠。
读取距离为~。
应用系统
天线系统将读取信号传人应用系统,系统进行解码、识别用户信息。
判断两者是否为逃犯。
如果为逃犯,系统会提示民警抓捕。
四、总结
本系统灵感来源于某物业停车系统,物业公司发给车主含有RFID芯门禁卡,使得车主不用下车即可读取业主信息,快捷高效。
同时在学校中队会上由中队长提到的二代身份证中RFID技术得到启发而写。
当然,由于专业水平限制和对技术层次理解原因,有许多问题尚不能得到准确的解决,希望各位专家老师批评指导。
【参考文献】
[1]程曦.编着.RFID应用指南:
面向用户的应用模式、标准、编码及软硬件选择.2011年8月.
[2]无线龙.编着高频RFID技术高级教程2012年4月
[3]宁焕生 着RFID重大工程与国家物联网(第3版)2012年2月
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